光盘发展史及读写原理概述

光盘发展史及读写原理概述 周东平周东平 20120523 目录 一．光盘技术发展概述 二．光盘分类 三 光盘读写原理三．光盘读写原理 四．未来展望四．未来展望 五．致谢 光盘技术发展概述光盘技术发展概述 CD家族的发展 激光通过聚焦可获得直径为1μm的光束。经技 术人员研究发现，可以利用这种光束来记录和重术人员研究发现 可以利用这种光束来记录和重 放信息。为此，从20世纪70年代初不少国家就开 始致力于这方面的研究工作，到1972年已在实验始致力于 方面的研究 作 到 年 在实验 室研究成功并于1978年将LV激光视盘正式投入市 场。从那以后，这方面的研究成果陆续出现。场 从那以后 方面的研究成果陆续出现 光盘技术发展概述光盘技术发展概述 LV激光视盘 音频CD和MD CD-G) CD-V CD-DA激光唱盘CD-ROM光盘只读存储器CD-I交互式光盘 CD-ROM XA Photo CD CD-R可记录光盘 VCDCD R可记录光盘 VCD 数字视盘MO磁光盘PCD相变光盘FD光软盘 DVD数字视盘MO磁光盘PCD相变光盘FD光软盘 光盘技术发展概述光盘技术发展概述 1. LV(Laser Vision)激光视盘 它是最早研制成功并投放市场的光盘。在此光盘上记录的是 模拟电视信号 其中模拟图像信号和模拟伴音信号均经过调频后记录模拟电视信号，其中模拟图像信号和模拟伴音信号均经过调频后记录 在光盘上。记录在盘上的信号是以盘面上的凹坑来表示的。后来LV又 被LD(Laser Disc)所代替。现在普遍称这种光盘为LD，或镭射影碟。被LD(Laser Disc)所代替。现在普遍称这种光盘为LD，或镭射影碟。 LD有直径30 cm和20 cm两种规格，其播放机与电视机连接，可播放高 质量图像和高保真音乐。 2. 音频CD和MD 音频CD就是人们常说的激光唱盘，它经过近20年的发展， 已进入成熟期。它也是对音频信号进行模拟记录。CD的规格有直径12 cm和8 cm两种，它们早已进入家庭音响中。 光盘技术发展概述光盘技术发展概述 3. CD-G(Compact Disc Graphic) 这种激光盘又称卡拉OK盘。它利用音频CD盘片上的剩余通道 来记录画面 文字等信息 在播放音乐的同时 可以产生静止的图像来记录画面、文字等信息，在播放音乐的同时，可以产生静止的图像 画面和歌词文字。因此，这种播放机在播放CD-G光盘时可以和电视机 相连接，这对喜爱卡拉OK的人来说是很方便的。 4. CD-V(Compact Disc Video) 与前面所提到的LD类似，CD-V能播放活动图像和音乐，但它与前面所提到的LD类似，CD V能播放活动图像和音乐，但它 是LD系列的扩充和改进。它与LD的最大区别在于CD-V盘上的立体声不 再是模拟信号而是数字信号。因此，在盘上视频信号采用模拟信号而 音频信号采用数字信号。CD-V盘可向下兼容LV，通常有12 cm、8 cm 和30 cm三种规格。 光盘技术发展概述光盘技术发展概述 5. CD-DA(Compact Disc Digital Audio)激光唱盘 CD-DA是全数字化音响激光唱盘的标准，是在此前各 公司经过激烈竞争后达成的标准 它以红皮书的形式于1982年公布公司经过激烈竞争后达成的标准，它以红皮书的形式于1982年公布。 6. CD-ROM(Compact Disc Read Only Memory)光盘只读存储器 CD ROM主要用作计算机的外部存储器 起初 它只记录计CD-ROM主要用作计算机的外部存储器。起初，它只记录计 算机可读出的文字信息，而现在光盘则包括全数字化文字、声音、图 形、动画及全动态视频影像。当它用于存放文本、程序等方面的数据形、动画及全动态视频影像。当它用于存放文本、程序等方面的数据 时，可提供550 MB的存储空间；当用于存放电视图像、声音等数据时， 可提供680 MB的存储空间。 7. CD-I(Compact Disc Interactive)交互式光盘 利用CD-I播放系统可以实现人机对话。这是一套独立的CD- ROM标准 以绿皮书的形式于1987年公布ROM标准，以绿皮书的形式于1987年公布。 光盘技术发展概述光盘技术发展概述 8. CD-ROM XA(CD-ROM eXtended Architecture) CD-ROM XA是由Philips、Sony和Microsoft公司于1988年公布的多媒体 数据格式。它保留了ISO 9660文件结构及黄皮书所规定的物理扇区结构，可数据格式。它保留了ISO 9660文件结构及黄皮书所规定的物理扇区结构，可 实现计算机数据、图像、声音的光盘记录，达到图像、声音、文字的同步播 放。 9 Photo CD9. Photo CD Photo CD是以数字方式将彩色照片存放在光盘上的一种手段。通过它使 用者可以在计算机的显示器或电视机上欣赏高清晰的彩色照片。它采用的记 录标准与CD-ROM XA相同。 10. CD-R(Compact Disc Recordable)可记录光盘 这种光盘允许写 次 将数据写入后便可以永久性地保存下来 写入这种光盘允许写一次，将数据写入后便可以永久性地保存下来。写入 CD-R上的数据可以多次读出。因此，CD-R也叫做CD-WORM(Compact Disc Write Once Read Memory)一次写入型存储器 光盘技术发展概述光盘技术发展概述 11. VCD(Video Compact Disc) VCD又称为小影碟。利用VCD既可看电影又可唱卡拉OK。VCD上的信 号是按照MPEG-1标准进行压缩处理并记录的。记录在VCD光盘上的图 像和伴音信号可以在VCD播放机、CD-1播放机或CD-ROM驱动器上播放， 其图像和伴音的质量已达到或超过目前的普通录像带或激光视盘的水其图像和伴音的质量已达到或超过目前的普通录像带或激光视盘的水 平。 12. DVD(Digital Video Disc)数字视盘 DVD是一种全新的以MPEG-2为标准的数字视盘。由于它以MPEG-2为标准，DVD是 种全新的以MPEG 2为标准的数字视盘。由于它以MPEG 2为标准， 因此具有高质量的图像画面。而且，DVD视盘的记录容量比CD-ROM大几倍到几 十倍，播放时间达几小时。DVD硬件及软件均已解决，它代表着激光视盘今后 的发展方向 现已经大量出现的发展方向，现已经大量出现。 光盘技术发展概述光盘技术发展概述 13. MO(Magneto-Optical)磁光盘 与以上所描述的光盘不同，MO具有可读写功能和很大的存储容量。与以上所描述的光盘不同，MO具有可读写功能和很大的存储容量。 可见，MO既具有硬磁盘的多次读写及大容量功能，又具备光盘防磁、 抗湿及高可靠性的特点。 14. PCD(Phase Change Disc)相变光盘 与磁光盘原理不同，PCD只是利用光学技术来实现对数据的写入与磁光盘原理不同，PCD只是利用光学技术来实现对数据的写入 和读出。相变光盘的读写比较简单，其驱动器实现也比较容易，预计 它有可能成为外存技术的主流。 15 FD(Fl ti l Di k)光软盘15. FD(Floptical Disk)光软盘 FD是一种软盘，而且其记录信息原理依然是传统的磁记录原理， 所不同的是它采用光学技术对读写磁头进行定位。 光盘分类光盘分类 只读光盘1 只读光盘1 一次写多次读光盘2 3 可擦写光盘3 只读光盘只读光盘 只读光盘上的数据都是在大批量生产制作时生成的， 用户可根据需要选读光盘上的信息，但不能擦除、更改或 再写入新的数据。常见的ROM有CD-ROM、激光唱片(CD-DA)、再写入新的数据。常见的ROM有CD ROM、激光唱片(CD DA)、 激光视盘(LD)以及存储视频图像和电影的VCD等。只读光 盘主要用于作为电子出版物 素材库和大型软件的载体盘主要用于作为电子出版物、素材库和大型软件的载体。 一次写多次读光盘次写多次读光盘 一次写多次读光盘WORM(Write Once Read Many)的 原理是存储单元的状态只能被改变一次，且一旦改变，就 不能回到原来的状态，因此写是不可逆的。但重复可读的 次数在理论上是无限的，其使用寿命大约为30～100年。 常用的WORM光盘有CD-R光盘，使用CD-R刻录机写入数据， 它支持逐次写入光盘内容，可以继续使用未使用过的剩余 空间，但对于已写入空间不允许重新写入。WORM光盘主要 用于档案存储等。 可擦写光盘可擦写光盘 可擦写光盘E-R/W(Erasable-Read/Write)像硬盘一 样可任意读写数据，即允许在擦除了盘片上原有的数据以 后重新写入新的数据。光盘的擦过程与写过程是一个逆过 程，写即改变光介质的性质，擦即恢复光介质原来的性质。 擦写光盘常用以下两种擦写操作原理。 可擦写光盘擦写原理可擦写光盘擦写原理 1) 相变擦写原理 相变擦写原理利用存储介质的两个稳态之间的互逆结 构的变化来实现数据写入和擦除。两个稳态为反射率高的 晶态和反射率低的非晶态。 写过程是把存储介质的存储区域从晶态变到非晶态写过程是把存储介质的存储区域从晶态变到非晶态， 而擦过程则把存储介质的存储区从非晶态恢复到晶态。利 用相变擦写原理的光盘是一种全光型光盘。 可擦写光盘擦写原理可擦写光盘擦写原理 2) 磁光擦写原理 磁光擦写原理是利用光照磁化来实现数 据写入和擦除的。写入数据时，激光束聚焦在光盘的磁光 膜上，因温度升高，光照区域迅速退磁，盘的另一面上的 电磁线圈会对光照区域施加一个外磁场，使被光照区域反 向磁化，没有光照的相邻存储单元的磁化方向不变，从而 实现磁化的反差记录。擦除过程与写入过程正好相反，即 恢复原来的磁化方向。 光盘读写原理图光盘读写原理图 电机 盘组 光分离器光调制器 聚焦镜 电机 激光器 写入信号 跟踪 反射镜 伺服系统激光器 光分离器 光电器 读出信号读出信号 光盘读写原理光盘读写原理 由图可知，光盘读写系统包括写入通道和读出通道。向光盘写入 数据由写入通道实现，激光器发出的光束经过光分离器，高能量的光 束在光调制器中受到写入信号的调制后，被跟踪反射镜导向聚焦镜， 聚焦 的 点 盘存储 域 物化 应 数 信聚焦成1 μm的光点，对光盘存储区域进行物化反应，进行数据信号 的写入操作。从光盘读出信息数据由读出通道实现，由激光器发出的 光束经过光分离 将光束 度减弱到 定程度 然后被 踪反射镜导光束经过光分离器将光束强度减弱到一定程度，然后被跟踪反射镜导 向聚焦镜，使光束聚焦成1μm左右的光束，对光盘存储区进行扫描， 反射光束由 踪反射镜导入光分离器 以使输入光束与反射光束相分反射光束由跟踪反射镜导入光分离器，以使输入光束与反射光束相分 离，然后再通过光电检测器将光信号变换成电信号输出。 未来展望未来展望 当前，光盘技术正朝着高密度、大容量、小体积、多 品种、快速存取及网络化的趋势发展。品种、快速存取及网络化的趋势发展。 1. 从CD-ROM到SD-ROM 前面已经提到 CD-ROM的历史不过十多年 尤其是近前面已经提到，CD-ROM的历史不过十多年，尤其是近 几年，随着多媒体技术的发展和应用，CD-ROM已得到了极 大的发展。各种速率的与计算机相连的光盘(CD-ROM)驱动大的发展。各种速率的与计算机相连的光盘(CD ROM)驱动 器或独立的光盘播放机大量涌现，而且，CD-ROM驱动器已 成为微型机的必配外设。成为微型机的必配外设。 未来展望未来展望 同时，各种类型的CD-ROM盘，从教育、游戏、管理 直到各种软件，目前已有近万种。无疑，上节中我们提到 的CD-ROM及其系列产品，如CD-I、CD-DA、CD-ROM XA等等 将继续以强劲的势头占领市场，而且在今后数年内，这种 情况不会发生根本的变化。 但是，随着高清晰度电视标准的统一和发展，随着 MPEG-2的公布和技术难点的克服，人们要求容量更大的 CD-ROM，原来只有几百MB的CD-ROM已无法满足要求。于是，原来只有几百 的 无法满足要求 于是 技术实力雄厚的公司提出SD-ROM，而有的公司提出MMCD- ROM。 未来展望未来展望 所谓SD，是超密度的意思，而MMCD则是多媒体所谓 是超密度的 思 而 则是多媒体 光盘的意思。尽管两者并不完全一致，但它们的中心 思想都是利用超高记录密度，使一张光盘上的信息存 储容量达到目前一般CD-ROM容量的8～15倍。 高密度CD ROM的规格高密度CD-ROM的规格 类型 规格 CD SD MMCD– ROM规格 ROM 碟片厚度 1.2 mm 0.6 mm×2(叠加) 1.2 mm 最短bit长 0.59 μm 0.4 μm 轨道节距 1 6 μm 0 75 μm 0 84μm轨道节距 1.6 μm 0.75 μm 0.84μm 激光波长 780 nm 650/635 nm 635 nm 平均数据速 率 2.0 Mb/s 4.69 Mb/s 3 Mb/s 率 CD ROM的容量比较CD-ROM的容量比较 类型 容 量 一般标准的CD–ROM 650 MB MMCD 般标准的CD–ROM 650 MB 双层标准的CD–ROM 1300 MB 单层高密度MMCD–ROM 3700 MB 双层高密度MMCD–ROM 7400 MB双层高密度MMCD ROM 7400 MB 单层SD–ROM 5000 MB SD 双层SD–ROM 9000 MB 双面SD–RIM 18 000 MB双面S   谢谢观赏谢谢观赏 WPS Office Make Presentation much more fun @WPS官方微博@WPS官方微博 @kingsoftwps